CAPÍTULO III: ESTADOS DE LA MATERIA

EJERCICIOS PROPUESTOS

Problema 01

¿Cuántos gramos de GLP gaseoso quedan en un balón de uso doméstico de 30 de capacidad, a 25°C, cuando ya no sale más gas? Tenga en cuenta que el GLP es una mezcla de 60% en moles de propano C3H8 y el resto butano C4H10. En las condiciones indicadas, calcule las presiones parciales, la densidad de la mezcla gaseosa dentro del balón y su peso molecular medio.

Respuestas

1. -Peso molecular medio= 49,6 g/mol

-Masa tota= 60,91 g

-Densidad= 2 x 10-3 g/mL

- presiones parciales= pp = 0,6 atm

pb = 0,4 atm

Problema 02

Se mezclan 23 de hielo a -5°C y 40 de agua a 50°C. Calcule la temperatura final de esta mezcla. Luego se agrega vapor de agua a 110°C, en cantidad suficiente para que la nueva mezcla resultante esté completamente en estado gaseoso al menos a 100°C. Calcule cuántos gramos de vapor se debe añadir.

Respuestas

2. -Temperatura final Tf= 1,662 °C

-Masa de vapor mv = 8289 g = 8,3 Kg

Problema 03

Se tiene una botella de vidrio (recipiente rígido) con su tapa roscada, hermética, exactamente de 1 de capacidad. Ésta contiene 250 de agua, el resto es aire más vapor en equilibrio con el agua líquida. Cerrada, herméticamente a 20°C, se asume que la presión total en la botella es 1 . Luego, la botella cerrada se coloca al sol, donde alcanza una temperatura de 45°C. ¿Cuál será la nueva presión dentro de la botella, y las presiones parciales de O2, N2 y vapor de agua?

Datos: Composición del aire: 21% O2 y 79% N2

a 20°C = 17,5 ; a 45°C = 57,3

Respuestas

3. -Presión dentro de la botella Pt= 1,135 atm

-Presiones parciales : PO2 = 0,223 atm

PN2 = 0,837 atm

PvH2O= 0,075 atm

Problema 04

Una muestra de 2,55 de nitrito de amonio (NH4NO2) se calienta en un tubo de ensayo y el gas producido se recoge en un eudiómetro. Se espera que el NH4NO2 se descomponga de acuerdo con la ecuación:

NH4NO2(s) → N2(g) + 2H2O(g)

a) ¿Qué volumen de N2 debe recogerse si la temperatura es de 26,0°C y la presión barométrica es de 745 ? La presión parcial de agua (presión de vapor) a 26,0°C es 25,0 .

b) ¿Cuál es la fracción molar de cada gas?

c) ¿Cuál es el porcentaje en peso de la mezcla?

Respuestas

4. a)Volumen que debe recogerse de N2 VN2= 1, 03 L

b)Fracción molar XH2O = 0, 034

c)porcentaje en peso %H2O= 2,21 %

Problema 05

Un matraz de reacción de 5 contiene hidrógeno a una presión parcial de 0,538 y oxígeno gas a una presión parcial de 0,302 . ¿Cuál de los dos reactivos es el reactivo limitante para la formación de agua?

Respuestas

5. El reactivo limitante para la formación de agua es el H2---------->1,95

Problema 06

En un proceso isócoro (a volumen constante), un gas que se encuentra inicialmente a 77°C y con una cierta presión manométrica se calienta hasta 427°C. Un estudiante plantea una relación equivocada de la ley de Gay-Lussac como: y encuentra que la presión manométrica final es el doble de su verdadero valor. ¿Cuál es la presión manométrica inicial?

Respuestas

6. La presión manométrica inicial Pman1= 1, 29 atm

Problema 07

Un recipiente rígido contiene PCl5(g) a una atm y 27°C, se calienta hasta 102°C y la presión del sistema aumenta 50% porque una parte del PCl5(g) se transformó en PCl3(g) + Cl2(g). ¿Qué porcentaje molar de PCl5(g) se transformó?

Respuestas

7. El porcentaje molar de PCl5(g) transformado es = 20 %

Problema 08

Un cilindro de 5 que contienen 50 de propano (C3H8) se expone al calor del sol.Un manómetro indica que la presión es de 665 . ¿Cuál es la temperatura del propano en el tanque?

a) Como si fuera un gas ideal.b) Aplique la ecuación de Van der Waals.

a = 8,66; b = 0,08445 1 = 0,454 1 = 12 1 = 14,5 1 = 2,54

Respuestas

8. a) Como gas ideal T= 156,62 K

b) Con la ecuación de Van der Waals T= 374,52 K

Problema 09

Las densidades del mercurio y del aceite de maíz son 13,5 y 0,92 , respectivamente. Si el aceite de maíz se usase en un barómetro, ¿cuál sería la altura de una columna, en metros, a la presión atmosférica normal? (la presión de vapor del aceite es despreciable).

Respuestas

9. La altura sería 11152,17 mm = 11,152 m

Problema 10

El calor de vaporización del agua a 100°C es de 2,26 ; a 37°C (temperatura corporal) es de 2,41 . (a) Convierta este último valor en calor molar normal de vaporización, ∆ a 37°C. (b) ¿Por qué el calor de vaporización es mayor a 37°C que a 100°C?

Problema 11

La capacidad calorífica del agua es 1,00 .

a) ¿Cuál es su capacidad calorífica molar en ?

b) ¿Qué cantidad de energía calorífica habría que suministrar para elevar de 25°C a 100°C, la temperatura de 100 de agua?

Problema 12

El calor de fusión del hielo es 79,7 (es decir, se ha de suministrar este calor para fundir 1 de hielo). Calcúlese ∆H al pasar de (a) hielo a agua, (b) agua a hielo, a una temperatura constante de 0°C. Exprésese la respuesta en y .

1 =

Problema 13

Suponga que se añade calor a una muestra de 21,8 de cinc sólido a la velocidad de 9,48 . Después de que la temperatura ha alcanzado el punto de fusión normal del cinc, 420°C, permaneció constante durante 3,60 . Calcule ∆ a 420°C, en , para el cinc.

Problema 14

Suponga que 5,500 de O2 líquido se vaporizan en un tanque de 0,035 de volumen a -10°C. ¿Cuál será la presión en el tanque? ¿Excederá el límite de seguridad del tanque (100 )? Utilice:

a) La ecuación de los gases ideales;

b) El DCG con los datos de con los datos de .

[Orientación: = volumen reducido ideal = ;

donde = volumen crítico ideal = ]

Problema 15

Calcule el punto de ebullición del agua en: (a) Huancabamba (1929 ); (b) Ticlio (4818); (c) en la cima del Huascarán (6768); y (d) en la cima del Everest (8850). Compare los resultados que se obtienen:

i. A partir de datos de manuales; y

ii. tomando como referencia el punto de ebullición normal y la ecuación de Claussius – Clapeyron.

Datos de manuales:Tabla de presiones de vapor – temperaturaTabla de presiones – altitud.

Respuestas

15. a. i)Temperatura de ebullición (Huancabamba) T= 93,51 ºC

a.ii)Temperatura de ebullición (Huancabamba) T = 93,48 ºC

b.i)Temperatura de ebullición (Ticlio) T= 83,83 ºC

b.ii)Temperatura de ebullición (Ticlio) T = 83,58 ºC

c.i)Temperatura de ebullición (Huascarán) T= 77,21 ºC

c.ii)Temperatura de ebullición (Huascarán) T = 76,80 ºC

d.i)Temperatura de ebullición (Everest) T= 70,26 ºC

d.ii)Temperatura de ebullición (Everest) T = 69,54 ºC

Problema 16

Se mezclan 100 de hielo a -10°C y 300 de agua a 25°C. Encuentre el estado final de la mezcla, su temperatura y de ser el caso, la masa de cada fase presente.

HIELO AGUA VAPOR

2,09 4,18 2,03

= 334 = 2260

1 = 760

Respuestas

16. X = 87,6 g hielo fundido (H2O)

Hielo = 12,40 g

Agua = 387 g

Problema 17

Calcule cuántos gramos de hielo a -10°C se deberán mezclar con 500 de agua a 30°C, para conseguir agua líquida a 6°C, una vez alcanzado el equilibrio térmico.

Respuestas

17. Se deben mezclar mhielo= 132 g

Problema 18

Dos tanques están conectados por una válvula cerrada. El tanque A contiene 16,7 de nitrógeno a 3 y el tanque B 44,2 de hidrógeno a 4 (presiones manométricas), ambos a temperatura ambiente. En cierto momento se abre la válvula y se deja que los gases se mezclen y reaccionen, para formar amoníaco. Calcule cuántos gramos de NH3(g) se forman. Calcule la presión manométrica en el sistema conectado, cuando la temperatura vuelve a su valor ambiental. Calcule la fracción molar de cada gas presente en la mezcla final. Suponga que todos los gases se comportan como ideales y que el reactivo limitante se consume completamente. La ecuación es: 

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Respuestas

18. -Se forman 2271,2 g NH3

-Pman = 1,53 atm

-Fracciones molares XH2 = 0,134

XNH3= 0, 866

Problema 19

Un líquido muy volátil fue vaporizado completamente en un bulbo de Dumas de 250 mL sumergido en agua hirviendo. De los datos siguientes, calcule el peso molecular del líquido. Masa del bulbo vacío = 65,347 g; masa del bulbo lleno con agua a temperatura ambiente = 324,4 g; masa del bulbo con líquido condensado = 65,379 g; presión atmosférica = 743,3 torr; temperatura de ebullición del agua = 99,8 °C; densidad del agua a temperatura ambiente = 0,997 g/mL.

Respuestas

19. Peso molecular del líquido es 3.80 gr/mol

Problema 20

En una empresa productora de gases industriales, hay un tanque estacionario de 10 m3 de capacidad conteniendo 200 kg de hidrógeno (H2). Con este gas, se deberán llenar cilindros (balones) para su venta a fábricas y laboratorios. Cada cilindro lleno contiene 5 m3 de H2 medidos en CNTP; cada cilindro a 25°C, marca una presión de 120 psig. (a) Con la ecuación de Van der Waals, calcule presión inicial (antes de iniciar el llenado de cilindros) que marcará el manómetro del tanque a 25°C. (b) ¿Cuántos cilindros se pueden llenar? (c) ¿Cuántos gramos de H2 quedan en un cilindro cuando éste está “vacío”? (Para los apartados b y c puede considerar comportamiento ideal del gas).

Datos: las constantes de Van der Waals para el H2 son: a = 0,244 L2.atm/mol2; b = 0,0266 L/mol. 1 atm = 14,7 psi.

Respuestas

20. a) Presión manométrica = 308,5155 atm - 1 atm = 307,516 atm

b) Número de cilindros que se pueden llenar = 430

c) Cuando el cilindro esta ¨vacío¨ quedan = 48,77 g de H2

Problema 21

Se mezclan 23 g de hielo a -5°C y 40 g de agua a 50°C. Calcule la temperatura final de esta mezcla. Luego se agrega vapor de agua a 110°C, en cantidad suficiente para que la nueva mezcla resultante esté completamente en estado gaseoso al menos a 100°C. Calcule cuántos gramos de vapor se debe añadir.

Respuestas

21. -La temperatura final de la mezcla será TF= 1,662 °C

-Se debe añadir m= 8289 g = 8,3 kg de vapor de agua

Problema 22

Se tiene 65 g de agua líquida a 2°C, y vapor de agua a 121°C. Calcule la masa de vapor que deberá mezclarse con el agua líquida, para obtener una mezcla completamente líquida, a 100°C.

Respuestas

22. La masa de vapor que debe mezclarse es mv= 11,56 g

Problema 23

Se mezclan 50 g de hielo a -10°C y 300 g de agua a 25°C. Encuentre el estado final de la mezcla, su temperatura y de ser el caso, la masa de cada fase presente.

Respuestas

23. Todo el hielo se funde